基于慣性導(dǎo)航在應(yīng)急救援領(lǐng)域應(yīng)用分析

孫琛

摘? ?要：文章介紹了慣性導(dǎo)航基本原理，基于慣性導(dǎo)航的定位監(jiān)測(cè)儀在消防和礦山救援中的應(yīng)用以及目前應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)和未來發(fā)展或應(yīng)用的思考。

關(guān)鍵詞：慣性導(dǎo)航;應(yīng)急救援;定位

無論是消防還是礦山救援，救援人員在現(xiàn)場(chǎng)救援時(shí)，指揮中心會(huì)受到前端危險(xiǎn)源識(shí)別不清、現(xiàn)場(chǎng)救援條件識(shí)別模糊等現(xiàn)實(shí)條件的制約，無法下達(dá)準(zhǔn)確而有力的救援指令，使得救援人員所面臨的救援難度成倍增加。面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，急需有效的應(yīng)急救援裝備，特別是信息化的救護(hù)裝備，以便在救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)既可以提供個(gè)人防護(hù)，又對(duì)進(jìn)入前線的戰(zhàn)斗員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及各種數(shù)據(jù)的跟蹤，避免救援人員入場(chǎng)后發(fā)生二次傷亡，更好地提高作戰(zhàn)效率。

1? ? 慣性導(dǎo)航基本原理

在各類導(dǎo)航系統(tǒng)中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被認(rèn)為是最重要的一種導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航是以測(cè)量運(yùn)動(dòng)體加速度為基礎(chǔ)的導(dǎo)航定位方法，測(cè)量到的加速度經(jīng)過一次積分可以得到運(yùn)動(dòng)速度，經(jīng)過二次積分可以得到運(yùn)動(dòng)距離，從而給出運(yùn)動(dòng)體的瞬時(shí)速度和位置數(shù)據(jù)[1-2]。這種不依賴外界信息，只靠載體自身的慣性測(cè)量來完成導(dǎo)航任務(wù)的技術(shù)也叫自主式導(dǎo)航。

2? ? 慣性導(dǎo)航的實(shí)際應(yīng)用

市面上現(xiàn)在有很多基于慣性導(dǎo)航的定位裝備，下面以虹安科技AXDWJ1101型產(chǎn)品為例，對(duì)基于慣性導(dǎo)航的人員定位監(jiān)測(cè)功能進(jìn)行分析。該產(chǎn)品是其應(yīng)急救援定位監(jiān)測(cè)指揮系統(tǒng)中的一部分，該系統(tǒng)分為個(gè)人裝備層、網(wǎng)絡(luò)層、指揮層組成，其中，定位監(jiān)測(cè)模塊屬個(gè)人裝備層物品，實(shí)際運(yùn)用中將放置于救援人員的鞋墊之中，通過藍(lán)牙與信息收發(fā)裝置或者中繼器相連接，完成定位監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)信息從現(xiàn)場(chǎng)傳回到后臺(tái)和指揮中心，其模塊連接與信息收發(fā)方式如圖1所示。

具體應(yīng)用到應(yīng)急救援當(dāng)中，導(dǎo)航模塊可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)人員的實(shí)時(shí)位置（具體樓層及所其在某樓層時(shí)的方位）及人員活動(dòng)狀態(tài)（走路、跑步、上下樓梯、跌倒等），圖2為兩名救援人員在兩層樓內(nèi)活動(dòng)的軌跡，測(cè)試過程中進(jìn)行各樓層攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控查看，與導(dǎo)航監(jiān)控界面對(duì)比，符合實(shí)際且重合度很高。測(cè)試過程中，可看到位置坐標(biāo)處人員的活動(dòng)狀態(tài)。

同一人員也分別在高層建筑及井下進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，得到了不同情況下的監(jiān)測(cè)圖，如圖3—4所示。

3? ? 應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1? 應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)搭建，靈活性高，不依賴GPS及北斗系統(tǒng)信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，并實(shí)時(shí)跟蹤人員活動(dòng)位置，由于慣導(dǎo)具有高度的自主性、隱蔽性、信息完備性，其保密性好且不易受干擾[3]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，目前慣性導(dǎo)航不僅應(yīng)用于軍事、工程和科學(xué)研究等領(lǐng)域，而且已擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，如石油鉆井、大地測(cè)量、移動(dòng)機(jī)器人等系統(tǒng)中。

3.2? 應(yīng)用中的缺點(diǎn)

分析定位監(jiān)測(cè)功能的各項(xiàng)參數(shù)，提取一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在地面上的各種功能實(shí)現(xiàn)都很好，然而到了地下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能所呈現(xiàn)的效果并不好，其信息的傳輸延遲現(xiàn)象很明顯，常有卡頓現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)軌跡的跳變，不能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)。究其原因，主要在于井下環(huán)境復(fù)雜，受到地磁、風(fēng)力風(fēng)向、拐點(diǎn)較多、金屬管路較多等因素的影響，信號(hào)衰減較為明顯，傳輸速度亦受影響，如果想較為準(zhǔn)確地記錄位置，必須加密中繼器的放置[4]，圖5可進(jìn)行對(duì)比。

圖5為在某救護(hù)大隊(duì)模擬巷道進(jìn)行的3次測(cè)試分別得到的結(jié)果（以起點(diǎn)為圓心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以作對(duì)比），第1次和第2次都出現(xiàn)了軌跡卡頓、數(shù)據(jù)丟失的情況，第3次在圖5圓圈所在增加3處中繼器，使得軌跡較好呈現(xiàn)。

4? ? 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，單純使用慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)并不能完全解決現(xiàn)場(chǎng)所需，需要在未來的應(yīng)用中積極考慮技術(shù)融合，如慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航融合、慣性導(dǎo)航與WiFi的結(jié)合，以提高實(shí)時(shí)傳輸效率以及定位精度。

[參考文獻(xiàn)]

[1]秦永元.慣性導(dǎo)航[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[2]孫澤鵬.淺談慣性導(dǎo)航發(fā)展及其分類[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（17）：277.

[3]段國(guó)棟，萬子平，彭歡.慣性導(dǎo)航技術(shù)介紹及應(yīng)用發(fā)展研究[J].中國(guó)科技縱橫，2016（20）：254-258.

[4]周俊，王琳，徐永強(qiáng)，等.慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航組合定位精度分析及仿真[J].無線電工程，2018（12）：1086-1090.

Application and analysis of inertial navigation in emergency rescue

Sun Chen

（Shanxi Hongan Technology Co.， Ltd.， Taiyuan 030032， China）

Abstract：This paper introduces the basic principle of inertial navigation， the application of the positioning monitor based on inertial navigation in fire fighting and mine rescue， the advantages and disadvantages of the current application and the consideration of its future development or application.

Key words：inertial navigation; emergency rescue; positioning